導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇流體力學(xué)在船舶中的應(yīng)用，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關(guān)鍵詞】船舶流體力學(xué) 任務(wù)化模式 教學(xué)改革

【中圖分類(lèi)號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-4810（2015）22-0057-02

在船舶與海洋工程本科專(zhuān)業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)計(jì)劃中，船舶流體力學(xué)是其中的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，包括流體的性質(zhì)、流體靜力學(xué)、流體運(yùn)動(dòng)的描述和基本方程、伯努利方程、勢(shì)流理論、波浪理論、粘性流體力學(xué)、邊界層理論等，課程教學(xué)在一個(gè)學(xué)期，其內(nèi)容非常復(fù)雜。一方面為了使學(xué)生更加全面地理解應(yīng)用相關(guān)的知識(shí)，另一方面培養(yǎng)學(xué)生往應(yīng)用型科技人才的方向發(fā)展，在船舶工程專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)模式上，我們應(yīng)該改變?cè)械慕虒W(xué)方式以適應(yīng)時(shí)代要求和技術(shù)變遷，將任務(wù)化模式教學(xué)融入船舶流體力學(xué)的教學(xué)過(guò)程。我們?cè)诖傲黧w力學(xué)這門(mén)本科課程的教學(xué)中，嘗試以任務(wù)化模式教學(xué)的形式，將數(shù)字化、實(shí)驗(yàn)化的教學(xué)過(guò)程放到船舶流體力學(xué)教學(xué)課程的全過(guò)程中，以船舶流體力學(xué)的基本知識(shí)應(yīng)用為向?qū)Р贾萌蝿?wù)化模塊課題，學(xué)生以小組的形式完成任務(wù)化模塊，在完成任務(wù)化模塊的過(guò)程中理解應(yīng)用知識(shí)，并培養(yǎng)其知識(shí)的應(yīng)用能力，實(shí)現(xiàn)從注重知識(shí)傳授向更加重視能力和素質(zhì)培養(yǎng)的方向轉(zhuǎn)變。

一 目前船舶流體力學(xué)教學(xué)存在的問(wèn)題

以欽州學(xué)院為例，船舶流體力學(xué)課程定位為船舶與海洋工程專(zhuān)業(yè)的主干課程，是進(jìn)一步學(xué)習(xí)船舶原理等課程的基礎(chǔ)。長(zhǎng)期以來(lái)，因概念抽象、學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差，使得流體力學(xué)課程既難教也難學(xué)，要想讓學(xué)生將學(xué)到的知識(shí)與相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題結(jié)合起來(lái)尤為困難。盡管流體力學(xué)具有悠久的歷史，豐富的內(nèi)涵和外延，但是作為專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，船舶流體力學(xué)為專(zhuān)業(yè)課服務(wù)的定位極大地限制了課程的教學(xué)時(shí)間。在學(xué)生素質(zhì)參差不齊的情況下，使得培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的基礎(chǔ)和拓寬知識(shí)面兩方面不能兼顧，顧此失彼。這一問(wèn)題的存在不但限制了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，也不利于培養(yǎng)學(xué)生在工程中分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。因此有必要對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行研究，找到解決問(wèn)題的方法，改善流體力學(xué)教學(xué)的效果。

二 以任務(wù)化模塊為導(dǎo)向的教學(xué)模式探索

對(duì)流體力學(xué)教學(xué)途徑的探索和改革一直在開(kāi)展，其中提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣是改善教學(xué)效果的核心，而任務(wù)化模塊是有效的手段之一。應(yīng)用型科技大學(xué)的教育以培養(yǎng)企業(yè)需要的高素質(zhì)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，為適應(yīng)船舶工業(yè)發(fā)展對(duì)人才的需求，本課程的教學(xué)方式基于專(zhuān)題化模塊為導(dǎo)向，采用講授、自學(xué)、討論、數(shù)字化工程訓(xùn)練、總結(jié)等手段。本質(zhì)就是結(jié)合船舶流體力學(xué)課程性質(zhì)和鮮明特點(diǎn)，通過(guò)布置課程任務(wù)讓學(xué)生查找資料進(jìn)行科學(xué)分析、研究和探索、小組討論、數(shù)字化工程操作等，最后讓學(xué)生理解所學(xué)知識(shí)。

1.任務(wù)化模塊的選取

任務(wù)化模塊主要是基于課本的基本知識(shí)，提出課程任務(wù)，課程任務(wù)的目標(biāo)是讓學(xué)生在完成任務(wù)的過(guò)程中對(duì)基本知識(shí)可以有更深刻的認(rèn)識(shí)，以及應(yīng)用這些基本知識(shí)，提高學(xué)生的應(yīng)用知識(shí)能力。所以在布置教學(xué)任務(wù)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

第一，圍繞問(wèn)題意識(shí)選取任務(wù)化模塊。圍繞問(wèn)題意識(shí)，注重培養(yǎng)學(xué)生的探索精神。所謂問(wèn)題意識(shí)，本質(zhì)上就是一種尋根求源的探索精神、是一種革新的批判精神，問(wèn)題意識(shí)是萌發(fā)創(chuàng)造思維的前提。古語(yǔ)說(shuō)“心有靈犀一點(diǎn)通”，這里的“靈犀”其實(shí)就是問(wèn)題，學(xué)生頭腦中時(shí)刻裝著問(wèn)題，才能進(jìn)人“日有所思，夜有所夢(mèng)”的地步，才會(huì)產(chǎn)生靈感。就像受命鑒別皇冠的阿基米德那樣，在沐浴時(shí)受到浮力的啟發(fā)，而發(fā)現(xiàn)了浮力定律。

例如，在學(xué)習(xí)第三章流體的描述和基本方程時(shí)，我們可以提出：什么是流線、如何理解好動(dòng)量方程等問(wèn)題。這些圍繞問(wèn)題意識(shí)提出的小問(wèn)題就可以組成一個(gè)任務(wù)化模塊。

第二，圍繞工程意義選取任務(wù)化模塊。在應(yīng)用型科技大學(xué)教育中，船舶流體力學(xué)這門(mén)課程應(yīng)著力于提高學(xué)生工程素質(zhì)和學(xué)生專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)為目標(biāo)進(jìn)行課題教學(xué)。

譬如，機(jī)翼理論是船舶流體力學(xué)的重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容，部分概念抽象難懂，公式復(fù)雜，機(jī)翼理論對(duì)于船舶與海洋工程領(lǐng)域的重要性不言而喻，在螺旋槳的學(xué)習(xí)、高速船的學(xué)習(xí)等均需要機(jī)翼理論作為基礎(chǔ)。對(duì)類(lèi)似極具實(shí)際工程意義的問(wèn)題，肯定要布置任務(wù)化模塊。

2.任務(wù)化模塊的實(shí)施

在船舶流體力學(xué)的任務(wù)化模塊教學(xué)改革中應(yīng)遵循理論教學(xué)和技能訓(xùn)練相結(jié)合，走理論與工程實(shí)踐相結(jié)合的道路，所以之前的準(zhǔn)備工作必須充分，并且依據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)出適合這門(mén)課程的任務(wù)方案。大致的任務(wù)化模塊實(shí)施流程如圖所示。

任務(wù)化模塊實(shí)施流程圖

第一，布置任務(wù)書(shū)。根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容分別設(shè)置不同的任務(wù)化模塊，根據(jù)上一節(jié)提出任務(wù)化模塊的方法，提出與本節(jié)知識(shí)相關(guān)的任務(wù)化模塊。

第二，學(xué)生攻克任務(wù)化模塊。學(xué)生根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)收集相關(guān)資料、實(shí)驗(yàn)室的硬件了解學(xué)習(xí)、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室軟件的自學(xué)，結(jié)合所學(xué)相關(guān)知識(shí)完成任務(wù)化模塊并提交報(bào)告。

例如，在流體運(yùn)動(dòng)的描述和基本方程任務(wù)化模塊，讓學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)搜集與其相關(guān)的資料，以及參觀實(shí)驗(yàn)室的流線實(shí)驗(yàn)、動(dòng)量方程實(shí)驗(yàn)，將收集的資料制作成有豐富材料的PPT、報(bào)告、視頻等，總結(jié)說(shuō)明各種情況下流體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)、在實(shí)驗(yàn)中如何體現(xiàn)動(dòng)量方程等。

再比如，實(shí)施機(jī)翼理論任務(wù)化模塊時(shí)，學(xué)生組成任務(wù)攻克小組，利用網(wǎng)絡(luò)搜集與機(jī)翼理論相關(guān)的資料，以及學(xué)習(xí)FLUENT、Shipflow軟件，應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)程序CATIA、AutoCAD軟件。曾經(jīng)有學(xué)者提議將數(shù)字化軟件應(yīng)用到教學(xué)中，但并沒(méi)有說(shuō)明具體的措施。這里需要注意的是，學(xué)生可以通過(guò)學(xué)校網(wǎng)站上的微課視頻自學(xué)FLUENT、SHIPFLOW、CATIA、AutoCAD軟件，相關(guān)的微課視頻由教師提前錄制好放在網(wǎng)站上供學(xué)生點(diǎn)擊觀看，反復(fù)學(xué)習(xí)。最后讓學(xué)生使用FLUENT、SHIPFLOW軟件完成機(jī)翼的流體計(jì)算、利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)程序CATIA、AutoCAD軟件畫(huà)出機(jī)翼三維圖。

第三，總結(jié)任務(wù)化模塊完成情況。根據(jù)學(xué)生完成任務(wù)化模塊的情況以及提交的報(bào)告進(jìn)行總結(jié)。在總結(jié)中分析存在問(wèn)題，對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行理論的補(bǔ)充學(xué)習(xí)，加強(qiáng)學(xué)生的理解。

第四，考核。通過(guò)任務(wù)化模塊的完成過(guò)程對(duì)學(xué)生的不同能力進(jìn)行考核，考核階段就分為了基本素質(zhì)考核、自學(xué)能力考核和應(yīng)用能力考核。考核學(xué)生基本知識(shí)掌握情況、收集相關(guān)資料的情況，學(xué)生自學(xué)相關(guān)軟件的考核，對(duì)任務(wù)化模塊攻關(guān)的報(bào)告評(píng)價(jià)。

三 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)任務(wù)化模式的教學(xué)改革使學(xué)生通過(guò)理論結(jié)合實(shí)踐的方式理解一門(mén)理論性極強(qiáng)的課程，并從培養(yǎng)應(yīng)用型科技人才的角度出發(fā)，采用這樣創(chuàng)新的教學(xué)方法，使學(xué)生能真正地掌握一門(mén)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)重視學(xué)生個(gè)體差異發(fā)展的特點(diǎn)，以攻克小組的形式互補(bǔ)長(zhǎng)短，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。這樣任務(wù)化教學(xué)模式應(yīng)認(rèn)真對(duì)待教學(xué)改革活動(dòng)進(jìn)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，所布置任務(wù)應(yīng)有針對(duì)性，在整個(gè)過(guò)程中以學(xué)生為主導(dǎo)，貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程中。更加要注重教學(xué)活動(dòng)的每一個(gè)細(xì)節(jié)，肯定學(xué)生每一步所取得的成績(jī)，以其調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。

參考文獻(xiàn)

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[3]李冬琴.“船舶原理”課程教學(xué)研究與實(shí)踐[J].中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2009（29）：195

篇2

關(guān)鍵詞：減搖裝置 減搖鰭 減搖水艙 被動(dòng)可控式減搖水艙

1 減搖技術(shù)概要

1.1 概述

在種類(lèi)繁多的減搖裝置中，目前最常用的有舭龍骨、減搖鰭以及減搖水艙。舭龍骨由于其良好的減搖性能、建造成本低以及對(duì)船舶航速影響小等優(yōu)點(diǎn)，幾乎已成為海船必備的裝置。而具有可控性質(zhì)的減搖鰭和減搖水艙一直是減搖技術(shù)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)，隨著計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)以及流體力學(xué)的發(fā)展，這兩種減搖裝置均取得了突破性的進(jìn)展，減搖性能不斷提高。

1.2 減搖鰭的應(yīng)用

減搖鰭是最常用的主動(dòng)式減搖裝置之一，基于機(jī)翼理論設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)減搖鰭在與流體有較高的相對(duì)速度時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的升力，所以當(dāng)船舶在中高航速行駛時(shí)，傳統(tǒng)減搖鰭會(huì)取得70%以上的減搖效果。但是由于其升力產(chǎn)生原理限制，當(dāng)船舶行駛在低航速或零航速情況下，傳統(tǒng)減搖鰭幾乎沒(méi)有減搖效果。

為了使船舶在各種航速下均有很好的減搖效果，近年來(lái)，零航速減搖鰭得到了充分的重視和發(fā)展，這種減搖鰭的運(yùn)動(dòng)方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)與傳統(tǒng)減搖鰭有很大不同，利用新的運(yùn)動(dòng)機(jī)理使得翼面在零航速也可產(chǎn)生對(duì)抗海浪干擾力矩的升力，國(guó)外已有少數(shù)船只應(yīng)用的實(shí)例。但這種零航速減搖裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造和保養(yǎng)的成本都很高，還有許多問(wèn)題需做進(jìn)一步的改進(jìn)和研究。

1.3 減搖水艙的研究和應(yīng)用

減搖水艙作為一種全航速下的減搖裝置，不僅在各種船舶航速下均有減搖效果，適用于集裝箱船、輪渡、滾裝船、海洋工程船、科學(xué)考察船等。另外，減搖水艙具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、便于保養(yǎng)維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，這使得減搖水艙被越來(lái)越多的船東所接受，市場(chǎng)前景看好。

2 減搖水艙的分類(lèi)

減搖水艙按照其控制特點(diǎn)可分為主動(dòng)式減搖水艙、被動(dòng)式減搖水艙和可控被動(dòng)式減搖水艙等三種類(lèi)型。主動(dòng)式減搖水艙具有減搖效果高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，但其系統(tǒng)復(fù)雜，造價(jià)較高，而且功率消耗非常大，經(jīng)濟(jì)性較低，因此已經(jīng)很少被使用。被動(dòng)式減搖水艙結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，根據(jù)“雙共振”原理進(jìn)行工作，在船舶的諧搖頻率范圍內(nèi)具有良好的減搖效果，但其減搖頻率范圍較小，在低頻和高頻范圍內(nèi)甚至可能產(chǎn)生增搖效果。

對(duì)被動(dòng)式減搖水艙結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及位置的合理布置成為提高被動(dòng)式減搖水艙性能的關(guān)鍵。可控被動(dòng)式減搖水艙是對(duì)被動(dòng)式減搖水艙的一個(gè)重要改進(jìn)，充分利用水艙的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)少量能量控制水艙頂部氣體連通道或底部液體連通道的開(kāi)口，實(shí)現(xiàn)對(duì)水艙內(nèi)液體運(yùn)動(dòng)的控制，避免了在因減搖水艙不可控對(duì)船舶產(chǎn)生的不利影響。

3 減搖水艙的工作原理

當(dāng)船的固有橫搖周期和波浪遭遇周期相同時(shí)，船的橫搖角度最大。這個(gè)原理和以下例子相同：假如在一艘小船上，船上的人員比船的橫搖周期早一拍左右移動(dòng)幾次，船的橫搖將會(huì)加劇。相反，如果船上的人員比船的橫搖周期晚一拍左右移動(dòng)幾次，船的橫搖將會(huì)變緩?？煽乇粍?dòng)式減搖水艙工作原理就是把上述的船上人員換作液體，巧妙地利用這種液體流動(dòng)的時(shí)間和力矩，來(lái)減輕船的搖動(dòng)。

船的一次橫搖周期用360°角度來(lái)表示時(shí)，船的搖動(dòng)起始點(diǎn)總是比波浪遭遇點(diǎn)滯后90°的角度，這種現(xiàn)象的反復(fù)出現(xiàn)會(huì)加劇船的橫搖。如果減搖水艙中液體的固有周期和船的橫搖周期相同的話，減搖水艙中液體的移動(dòng)起始點(diǎn)將一直比船的搖動(dòng)起始點(diǎn)滯后90°的角度。這就意味著減搖水艙中的液體移動(dòng)起始點(diǎn)總是比引起船舶橫搖的波浪起始點(diǎn)滯后180°角度。

因此，減搖水艙中的液體移動(dòng)力矩和波浪力矩總是相反，互相抵消，所以船舶橫搖得以減緩。如圖1和圖2所示。

4 可控被動(dòng)式減搖水艙的控制方式

可控被動(dòng)式減搖水艙的最關(guān)鍵技術(shù)在于周期的調(diào)節(jié)，如何將減搖水艙的周期調(diào)至與船舶橫搖周期一致是減搖水艙設(shè)計(jì)成敗的決定因素，如果這兩個(gè)周期不一致，減搖水艙的減搖效果很差，甚至還會(huì)產(chǎn)生增搖。目前，可控被動(dòng)式減搖水艙的周期調(diào)節(jié)方式主要有兩種：一種是氣道控制式，另一種是水道控制式。

德國(guó)的產(chǎn)品一般采用氣道控制式，它是通過(guò)水艙頂部空氣道控制水艙內(nèi)可壓縮性氣體的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)間接對(duì)艙內(nèi)液體流動(dòng)的控制。這種水艙利用自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)氣閥的啟閉來(lái)調(diào)節(jié)艙內(nèi)液體的振蕩周期，以適應(yīng)船舶橫搖周期的變化。閥門(mén)的控制作用相當(dāng)于自動(dòng)延長(zhǎng)了艙中水流的振蕩周期，從而使水艙能在更寬的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行有效減搖。這種控制方式也有其弊端：一是由于氣體具有可壓縮性，很難做到精準(zhǔn)控制；二是由于氣閥在一個(gè)橫搖周期內(nèi)要啟閉兩次，所消耗的功率相對(duì)較大，閥的磨損也比較厲害，維護(hù)保養(yǎng)成本相對(duì)較高。

水道控制式是通過(guò)改變?cè)O(shè)置在底部液體通道中擋板的位置來(lái)改變液體通道的面積，從而改變減搖水艙的固有周期。水道控制式減搖水艙具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是液體沒(méi)有壓縮性，可以做到精準(zhǔn)控制；二是水道式只需要對(duì)擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)，所需能量非常小，擋板的開(kāi)合沒(méi)有空氣閥那么頻繁，設(shè)備的磨損也非常小，維護(hù)保養(yǎng)成本很低。

5 被動(dòng)可控式減搖水艙在船舶中的應(yīng)用

被動(dòng)可控式減搖水艙廣泛應(yīng)用于各類(lèi)船舶中，目前應(yīng)用最多的是救助船，海監(jiān)船，引航船，航標(biāo)船，醫(yī)療船，科學(xué)考察船，破冰船等。這些類(lèi)型的船舶由于其使用的特殊性，低航速或者拋錨執(zhí)勤的時(shí)間相對(duì)比較多，對(duì)船舶橫搖的程度對(duì)船舶的安全操作很重要。

一般減搖水艙的減搖效果設(shè)計(jì)時(shí)都以達(dá)到40%～60%為目標(biāo)。但減搖水艙的減搖效果跟減搖水艙在船上布置的位置，減搖水艙的大小，船舶橫搖周期和減搖水艙的周期的匹配都有直接的關(guān)系。同樣的減搖水艙的大小，布置的位置越高，則減搖效率就越高。如果船舶的橫搖周期和減搖水艙的橫搖周期不匹配，則位置布置得再高，減搖水艙再大，則減搖效果都不會(huì)理想。減搖水艙的水量越大，則減搖力矩就越大，減搖效果越好。

減搖水艙的布置往往受到船舶總體布置的限制，船舶滿載排水量的限制，減搖水艙的水量達(dá)不到所要求的減搖力矩的大小，這樣就無(wú)法達(dá)到預(yù)計(jì)要求的60%的減搖效果。

不同的船型對(duì)減搖方式的要求也不一樣。有些船會(huì)同時(shí)設(shè)置減搖鰭和減搖水艙，主要是針對(duì)不同的使用情況。如某型救助船，在高航速航行時(shí)使用減搖鰭，在執(zhí)勤時(shí)一般處于拋錨或者低航速航行，這時(shí)使用減搖水艙，充分利用兩種減搖方式的長(zhǎng)處。

6 減搖效果的確認(rèn)

減搖水艙的減搖效果的確認(rèn)，一般先進(jìn)行理論計(jì)算，得到一個(gè)大概的估算。再根據(jù)模型試驗(yàn)進(jìn)行確認(rèn)，模型試驗(yàn)會(huì)得到一個(gè)相應(yīng)曲線，最后再通過(guò)海上試航結(jié)果進(jìn)行再次確認(rèn)。

圖3、圖4所示為在不同的波浪條件下得到的模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)：

從模型試驗(yàn)中得出減搖效果為40%以上。

圖5為海上試驗(yàn)時(shí)的數(shù)據(jù)。

通過(guò)模型試驗(yàn)的數(shù)據(jù)和海上試航的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可得到最后準(zhǔn)確的減搖效率數(shù)據(jù)。

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關(guān)鍵詞：船舶電力推進(jìn) 仿真 考證

中圖分類(lèi)號(hào)：U664 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）04（c）-0009-02

船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的柴油機(jī)―軸系―螺旋槳直接推進(jìn)，它是通過(guò)柴油機(jī)―― 發(fā)電機(jī)機(jī)組向中心電網(wǎng)供電，采用變壓變頻技術(shù)，諧波濾波技術(shù)，監(jiān)測(cè)控制等處理，帶動(dòng)推進(jìn)電機(jī)推動(dòng)螺旋槳。電力推進(jìn)的船舶與直接推進(jìn)相比，驅(qū)動(dòng)力矩大，調(diào)速范圍廣，船舶機(jī)動(dòng)性好，機(jī)艙的布置更加靈活，船舶的空間能得到更有效的利用；由于采用中高速柴油機(jī)，主機(jī)的體積和重量減輕；系統(tǒng)冗余度高，增加了對(duì)單個(gè)故障的抵抗性；噪音和震動(dòng)都減??；環(huán)境更加友好，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。不僅應(yīng)用于破冰船、渡輪、挖泥船等工程船舶，還廣泛應(yīng)用于游輪、油輪、滾裝船等大型的常規(guī)船舶，顯示了廣泛的市場(chǎng)前景。

船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)由發(fā)電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、推進(jìn)器單元構(gòu)成，是一個(gè)融合了機(jī)械、流體力學(xué)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、電力電子與電力傳動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)，它的推廣應(yīng)用一方面產(chǎn)生了廣泛的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；另一方面對(duì)于其中電氣設(shè)備的操作、管理和維護(hù)人員也提出了新的要求。國(guó)家海事局頒布的《關(guān)于STCW公約馬尼拉修正案過(guò)渡規(guī)定的實(shí)施辦法》中指定了電子電氣員過(guò)渡期培訓(xùn)綱要，其中船舶電氣部分明確提出：在電力推進(jìn)知識(shí)的補(bǔ)差培訓(xùn)教學(xué)中，必須突出船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的推進(jìn)器型式與結(jié)構(gòu)，推進(jìn)電動(dòng)機(jī)種類(lèi)及控制，推進(jìn)系統(tǒng)的變頻裝置和變頻推進(jìn)自動(dòng)電源管理系統(tǒng)（PMS）主要功能等內(nèi)容，為不遠(yuǎn)的將來(lái)邁入全電船舶時(shí)代奠定基礎(chǔ)。

江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院于2013年批準(zhǔn)了“船舶電力推進(jìn)仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的研究與開(kāi)發(fā)”的立項(xiàng)，與相關(guān)企業(yè)合作，把先進(jìn)的交互式多媒體的理念引進(jìn)課程建設(shè)中來(lái)。本文介紹該軟件平臺(tái)的建設(shè)實(shí)踐。

1 仿真平臺(tái)的建設(shè)

仿真平臺(tái)的建設(shè)由三個(gè)階段構(gòu)成。第一個(gè)階段是調(diào)研階段，在這個(gè)階段，課題組成員多方尋求資料，以保證平臺(tái)資源的完整性和先進(jìn)性。形成需求分析報(bào)告；第二個(gè)階段是仿真平臺(tái)建設(shè)階段，企業(yè)根據(jù)需求分析，搭建仿真軟件。第三個(gè)階段是推廣應(yīng)用的階段，在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)用平臺(tái)，逐步完善平臺(tái)，整合教學(xué)資源，以期獲得良好的教學(xué)效果。

船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)由發(fā)電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、變頻系統(tǒng)和推進(jìn)器單元組成。這是一個(gè)綜合了船舶電站技術(shù)、現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、船舶電站及其管理技術(shù)、動(dòng)態(tài)定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的一個(gè)高技術(shù)含量，高復(fù)雜度的綜合現(xiàn)代化自動(dòng)控制系統(tǒng)。在平臺(tái)的建設(shè)過(guò)程中涉及各種技術(shù)中各種設(shè)備的工作原理、常用設(shè)備型號(hào)、常用系統(tǒng)構(gòu)成等錯(cuò)綜復(fù)雜的資料類(lèi)型。課題組經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?，綜合整合，多方搜集資源，形成了本平臺(tái)的需求分析報(bào)告。在需求報(bào)告的基礎(chǔ)上，合作公司進(jìn)行下一步的工作，實(shí)現(xiàn)船舶電力推進(jìn)計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)的建設(shè)。

需求報(bào)告中，明確了本仿真平臺(tái)的各個(gè)組成部分和各個(gè)組成部分的呈現(xiàn)方式。其中，主菜單界面主題是三維海工船模型，船身外輪廓為透明線條，主要交互模型為二級(jí)菜單入口，二級(jí)菜單包括“電力推進(jìn)系統(tǒng)總體介紹、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、變頻系統(tǒng)、推進(jìn)器系統(tǒng)、功率管理系統(tǒng)、電子電氣員考證題集”。圖1中，在船體模型的下方用相應(yīng)的小圖標(biāo)表達(dá)，鼠標(biāo)滑過(guò)時(shí)顯示二級(jí)菜單名稱(chēng)。

其中，在“電力推進(jìn)系統(tǒng)總體介紹”中，呈現(xiàn)電力推進(jìn)系統(tǒng)的概念，電力推進(jìn)的發(fā)展歷史，系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，以及系統(tǒng)的組成。

“發(fā)電機(jī)系統(tǒng)”由原動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)兩大模塊組成?！霸瓌?dòng)機(jī)介紹”以文字圖片形式分別介紹內(nèi)燃機(jī)即柴油機(jī)、燃料電池、燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)等原動(dòng)機(jī)種類(lèi)?！鞍l(fā)電機(jī)介紹”主要包含“同步電機(jī)”和“無(wú)刷永磁電機(jī)”兩類(lèi)，其中同步電機(jī)以文字圖片介紹。無(wú)刷永磁電機(jī)則采用經(jīng)典樣式的三維模型，可以點(diǎn)擊后拆解。

配電系統(tǒng)包括三個(gè)子菜單，“半潛船配電系統(tǒng)示例、中壓配電柜、干式變壓器”。“半潛船配電系統(tǒng)示例”以文字圖片方式呈現(xiàn)，如圖2所示。圖片是西門(mén)子為某半潛運(yùn)輸船的電力推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

“中壓配電柜”為三維模型，如圖3是世界主流的電氣設(shè)備生產(chǎn)廠家的主流產(chǎn)品的解剖視頻截圖。該動(dòng)畫(huà)可以360度展示開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部的器件排列，主要器件的外形和動(dòng)作情況，同時(shí)，難以觀察到的內(nèi)部變化以結(jié)構(gòu)示意圖或Flash小動(dòng)畫(huà)方式呈現(xiàn)。

變頻系統(tǒng)分為兩個(gè)子菜單，“電動(dòng)機(jī)示例、變頻器示例”?！半妱?dòng)機(jī)示例”包含“直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)”等四種典型船用推進(jìn)電動(dòng)機(jī)，主要以文字圖片形式呈現(xiàn)，同時(shí)配合參考視頻?！白冾l器示例”又分為兩個(gè)部分，第一部分以文字圖片方式介紹常見(jiàn)的變頻調(diào)速方式；第二部分以動(dòng)畫(huà)方式介紹主流變頻器。

推進(jìn)器系統(tǒng)分為三個(gè)子菜單，“常見(jiàn)推進(jìn)器示例、ABB_XO推進(jìn)器結(jié)構(gòu)示例、常見(jiàn)推進(jìn)器產(chǎn)品示例”?！俺Ｒ?jiàn)推進(jìn)器示例”中，以三維交互模型方式，分別呈現(xiàn)“軸系推進(jìn)、全方位角推進(jìn)器、吊艙推進(jìn)器”，可以旋轉(zhuǎn)縮放，可以點(diǎn)擊主要部件，配合介紹文字和圖片素材。“ABB_XO推進(jìn)器結(jié)構(gòu)示例”，模型可以旋轉(zhuǎn)縮放，主要部件可以點(diǎn)擊查詢，可以用不同色彩顯示各主要構(gòu)成部件，清晰展現(xiàn)推進(jìn)器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，如圖4?！俺Ｒ?jiàn)推進(jìn)器產(chǎn)品示例”主要為文字圖片介紹，分別介紹Azipod的標(biāo)準(zhǔn)型、緊湊型、對(duì)轉(zhuǎn)式，Mermaid與Azipod區(qū)別，SSP雙螺旋漿設(shè)計(jì)高效推進(jìn)，Dolphin低噪低振高效，呈現(xiàn)各自的外形結(jié)構(gòu)圖以及在實(shí)船中的應(yīng)用情況。

功率管理系統(tǒng)PMS主要呈現(xiàn)電力推進(jìn)船舶的功率管理系統(tǒng)的功率管理控制的各個(gè)層級(jí)，各個(gè)層級(jí)的功能構(gòu)成。

動(dòng)力定位系統(tǒng)的呈現(xiàn)模擬海上鉆井平臺(tái)實(shí)景，二級(jí)菜單為圖標(biāo)，分別是“監(jiān)控界面、DP系統(tǒng)分級(jí)、DP系統(tǒng)工作模式及應(yīng)用場(chǎng)合、控制系統(tǒng)原理介紹”。

2 仿真平臺(tái)的特點(diǎn)

為了確保本仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)能夠反映現(xiàn)代船舶電力推進(jìn)技術(shù)的先進(jìn)性，使學(xué)員在工作中遇到類(lèi)似船舶的時(shí)候，做到“所見(jiàn)即所學(xué)”，在資料調(diào)研的過(guò)程中，多渠道，多途徑的搜集相關(guān)的行業(yè)資料，與多家相關(guān)行業(yè)的企業(yè)包括揚(yáng)州易倍得，武漢712研究所，無(wú)錫714研究所，ABB，西門(mén)子，芬蘭delft大學(xué)等多家國(guó)內(nèi)外業(yè)界的知名的公司和研究所，主動(dòng)交流，參加國(guó)內(nèi)“船舶電力推進(jìn)技術(shù)峰會(huì)”等等，獲得了第一手的現(xiàn)場(chǎng)資料。

軟件教學(xué)平臺(tái)與硬件平臺(tái)相比，大大降低了研發(fā)成本，減小了占地面積，降低了硬件設(shè)備維護(hù)和管理中的工作量，在教學(xué)工作中顯示了突出的優(yōu)點(diǎn)。這種新穎的教學(xué)平臺(tái)形象、生動(dòng)、直觀、動(dòng)態(tài)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且，在平臺(tái)的設(shè)計(jì)之初已經(jīng)充分考慮了電子電氣員考試的知識(shí)點(diǎn)要求，因此滿足了電力推進(jìn)知識(shí)的補(bǔ)差培訓(xùn)教學(xué)。

參考文獻(xiàn)

[1] 林春熙，郭宏林.船舶電力推進(jìn)的應(yīng)用對(duì)輪機(jī)電氣教學(xué)培訓(xùn)和發(fā)證的影響[J].航海教育研究，2003（4）：59-61

篇4

是魚(yú)，更是機(jī)器人

任何一條魚(yú)或海豚都不掌握簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)推理，更不用說(shuō)解讀復(fù)雜的流體力學(xué)公式，但是它們比任何現(xiàn)代艦船更能駕馭大海和江河。這就是自然界進(jìn)化的力量，來(lái)自于自然界千萬(wàn)年感性的沉積。

海豚可輕易地以20節(jié)的速度跟在船只之后；黃鰭鮪魚(yú)的速度可達(dá)40節(jié)以上；梭子魚(yú)更可以用20倍于重力加速度的加速度起步來(lái)掠取獵物。同時(shí)，魚(yú)類(lèi)可迅速地以只有身長(zhǎng)10%～30%的距離為轉(zhuǎn)彎半徑來(lái)變換行進(jìn)方向。相對(duì)之下，一般航行船只通常須以10倍船長(zhǎng)的半徑緩慢地回轉(zhuǎn)。

因此，科研人員們積極地向大自然學(xué)習(xí)，研究魚(yú)類(lèi)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，并試圖在技術(shù)方面模仿魚(yú)類(lèi)在自然中的功能。根據(jù)魚(yú)類(lèi)的運(yùn)動(dòng)特征，把它們的游動(dòng)模式分為四大類(lèi)：鰻鱺目身體波動(dòng)模式、

科加新月形尾鰭模式、胸鰭擺動(dòng)模式和波動(dòng)式模式。通過(guò)對(duì)魚(yú)類(lèi)不同運(yùn)動(dòng)模式的模仿，研制出了各式各樣的機(jī)器魚(yú)。

利用魚(yú)類(lèi)的游動(dòng)推進(jìn)機(jī)理，通過(guò)機(jī)械、電子結(jié)構(gòu)或功能材料（形狀記憶合金、人造肌肉等）來(lái)模擬魚(yú)類(lèi)的游動(dòng)推進(jìn)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)水下運(yùn)動(dòng)的推進(jìn)裝置就是仿魚(yú)水下推進(jìn)器，即機(jī)器魚(yú)，又稱(chēng)魚(yú)形機(jī)器人。

前面提到的SPC-Ⅱ型機(jī)器魚(yú)體長(zhǎng)1.23米，總重40公斤，最大下潛深度為5米，體表是玻璃鋼和纖維板的復(fù)合材料，強(qiáng)度大、重量輕。它由動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)、圖像采集和圖像信號(hào)無(wú)線傳輸系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)指揮控制平臺(tái)三部分組成。只要將指令通過(guò)無(wú)線電信號(hào)傳給機(jī)器魚(yú)中的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)就可以按指令控制機(jī)器魚(yú)做出動(dòng)作。SPC-Ⅱ型機(jī)器魚(yú)還裝有衛(wèi)星定位系統(tǒng)，如果啟動(dòng)系統(tǒng)，它就可以自行按設(shè)定航線行進(jìn)。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，SPC-Ⅱ型機(jī)器魚(yú)采用整體流線型設(shè)計(jì)，降低了阻力；采用翼身融合的剛體結(jié)構(gòu)，大大增加了有效載荷空間。它的平均航速可達(dá)到每小時(shí)4公里左右，最大速度能達(dá)到每秒1.5米。它使用鎳氫電池，能在水下連續(xù)工作兩三個(gè)小時(shí)，以平均航速計(jì)算，能夠持續(xù)游約10公里。

SPC-Ⅱ型機(jī)器魚(yú)的推進(jìn)方式為科加新月形尾鰭模式推進(jìn)。在這種模式中，超過(guò)90%的推進(jìn)力通過(guò)具有一定剛度的尾鰭的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，而身體的前三分之二部分都保持剛性。船舶、普通潛艇采用傳統(tǒng)的螺旋槳來(lái)推進(jìn)，與之相比，機(jī)器魚(yú)依靠尾部軀體和尾鰭的有規(guī)律擺動(dòng)來(lái)前進(jìn)，推進(jìn)時(shí)非常安靜，噪音水平比螺旋槳低得多；靈活性亦非螺旋槳所能比擬，它依靠身體和尾鰭，可以迅速原地回轉(zhuǎn)。機(jī)器魚(yú)的上浮和下潛通過(guò)在行進(jìn)中改變胸鰭的迎角實(shí)現(xiàn)，響應(yīng)的速度較快。

水下考古顯身手

我國(guó)300萬(wàn)平方公里的水域下，埋藏著十分豐富的文物資源?，F(xiàn)階段，我國(guó)的水下考古在國(guó)際上已占有一席之地，但與國(guó)際先進(jìn)水平相比尚存一定差距。

當(dāng)前的水下考古一般是由考古人員親自進(jìn)行潛水作業(yè)。但是由于受到人體生理?xiàng)l件的限制，常規(guī)潛水深度只能達(dá)到60米～70米，而且人在水下處于失重狀態(tài)，活動(dòng)不便、體力消耗大、作業(yè)時(shí)間短，出水又需長(zhǎng)時(shí)間減壓，所以工作效率很低。早期的水下考古作業(yè)也因此變得困難重重，深水考古更是望洋興嘆。隨著我國(guó)水下考古事業(yè)的興起，對(duì)裝備的要求不斷升級(jí)，水下機(jī)器人也逐漸參與到考古中來(lái)。

在2004年8月11日至12日，SPC-Ⅱ型仿生機(jī)器魚(yú)對(duì)鄭成功古戰(zhàn)艦遺址進(jìn)行的水下考古探測(cè)的工作時(shí)間累計(jì)達(dá)到約6小時(shí)。這是我國(guó)考古工作者首次利用機(jī)器人輔助水下考古工作。

在探測(cè)中，SPC-II型機(jī)器魚(yú)時(shí)而在海面上穿浪前進(jìn)，時(shí)而快速潛入深水中，及時(shí)將它在水下看到的景象通過(guò)無(wú)線圖像信號(hào)系統(tǒng)傳送至水面指揮部。

在岸上，通過(guò)一個(gè)控制臺(tái)，技術(shù)人員把諸如前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、上浮、下潛的指令傳到機(jī)器魚(yú)體內(nèi)的計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)按指令控制機(jī)器魚(yú)做出相應(yīng)的動(dòng)作。在技術(shù)人員的操縱下，機(jī)器魚(yú)利用原地回轉(zhuǎn)靈活的特性，多次快速接近重點(diǎn)目標(biāo)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行拍攝錄像，為下一步的考察挖掘工作提供了有用的信息?？脊抨?duì)的負(fù)責(zé)人認(rèn)為，SPC-II型機(jī)器魚(yú)在水下機(jī)動(dòng)靈活，定位迅速，對(duì)考察探測(cè)能起到輔助作用。如果進(jìn)一步改進(jìn)機(jī)器魚(yú)，在下潛深度和垂直機(jī)動(dòng)性方面達(dá)到實(shí)用，可以代替潛水員在更深的水域長(zhǎng)時(shí)間地進(jìn)行觀測(cè)，從而提高工作效率，降低潛水員的風(fēng)險(xiǎn)。

仿生機(jī)器魚(yú)家族

人類(lèi)有關(guān)魚(yú)類(lèi)游動(dòng)機(jī)理的現(xiàn)代研究始于20世紀(jì)30年代，而這方面的研究取得迅速進(jìn)展是在過(guò)去的十五年，有關(guān)仿魚(yú)推進(jìn)機(jī)理的大量研究則開(kāi)始于90年代中后期。

在國(guó)外，美國(guó)麻省理工學(xué)院海洋工程實(shí)驗(yàn)室、伍茲霍爾海洋研究所和紐約大學(xué)聯(lián)合組成研究小組正在開(kāi)展有關(guān)魚(yú)類(lèi)仿生推進(jìn)機(jī)理的研究。從1994年至1999年，以Triantafyllou M.S.為首的研究小組先后設(shè)計(jì)研究了1.2米長(zhǎng)的機(jī)器金槍魚(yú)和0.8米長(zhǎng)的機(jī)器狗魚(yú)；日本東京大學(xué)開(kāi)展了仿生先進(jìn)推進(jìn)機(jī)理的研究；美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的Lamrence C.R.正在進(jìn)行關(guān)于魚(yú)體肌肉消耗動(dòng)力的研究；美國(guó)密執(zhí)安大學(xué)的Paul W.W.開(kāi)展了對(duì)魚(yú)體游動(dòng)穩(wěn)定性的研究；加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)的Richard W.B.開(kāi)展了狗魚(yú)類(lèi)快速啟動(dòng)性能的測(cè)定試驗(yàn)研究；日本N.Kato研究小組研究了鱸魚(yú)胸鰭的運(yùn)動(dòng)機(jī)理；日本三菱公司也組織開(kāi)展了魚(yú)類(lèi)仿生機(jī)器人技術(shù)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了使長(zhǎng)60厘米、重6磅的機(jī)器魚(yú)的速度達(dá)到每秒0.25米。

在國(guó)內(nèi)，哈爾濱工程大學(xué)和北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所在這方面的研究走在了前面。